Атомно-молекулярное учение. Химический элемент

Атомно-молекулярное учение развил и впервые применил в химии великий русский ученый М. В. Ломоносов. Основные положения этого учения изложены в работе "Элементы математической химии" (1741 г.) и ряде других. Сущность учения Ломоносова можно свести к следующим положениям:

Ø все вещества состоят из «корпускул»;

Ø молекулы состоят из «элементов»;

Ø частицы – молекулы и атомы – находятся в непрерывном движении; тепловое состояние тел есть результат движения их частиц;

Ø молекулы простых веществ состоят из одинаковых атомов, молекулы сложных веществ – из различных атомов.

Через 67 лет после Ломоносова атомистическое учение в химии применил английский ученый Джон Дальтон. Он изложил основные положения атомистики в книге «Новая система химической философии» (1808 г.). Учение Дж. Дальтона во многом повторяет учение М. В. Ломоносова, но англичанин отрицал существование молекул у простых веществ. По мнению Дж. Дальтона, простые вещества состоят только из атомов, и лишь сложные вещества – из "сложных атомов" (в современном понимании – молекул).

Атомно-молекулярное учение в химии окончательно утвердилось в середине XIX в. На международном съезде химиков в 1860 г. были приняты определения понятий молекулы и атома.

Молекула – это наименьшая частица данного вещества, обладающая его химическими свойствами. Химические свойства молекулы определяются ее составом и химическим строением.

Атом – наименьшая частица химического элемента, входящая в состав молекул простых и сложных веществ. Химические свойства элемента определяются строением его атома. Атом – это электронейтральная частица, состоящая из положительно заряженного атомного ядра и отрицательно заряженных электронов.

Электрон (е,е ^-) – стабильная элементарная частица с единичным отрицательным элементарным электрическим зарядом, массой покоя

т_е = 9,1095 * 10 ^-31 кг (0,91095 а.е.м.)

(а.е.м. равна 1/12 части атома углерода).

Протон (¹₁ р) – стабильная элементарная частица с единичным положительным элементарным электрическим зарядом, массой покоя

т _р= 1,672614 * 10 ^-27 кг (1,0073 а.е.м.);

Протон обозначается¹₁ р, где индексы обозначают массу и заряд протона.

Нейтрон (¹₀ п) – электрически нейтральная элементарная единица с массой покоя т _п = 1,674920 * 10 ^-27 кг (1,0087 а.е.м.)

В свободном состоянии нейтрон – неустойчивая единица и претерпевает превращения.

Нейтрон обозначается ¹₀ п, где 0 –заряд нейтрона, индекс 1 – масса нейтрона в а.е.м., округленная до единицы.

Атомная единица массы (а.е.м.) – единица измерения массы атомов и молекул, равна 1/12 массы изотопа углерода.

Нейтроны и протоны называют ядерными частицами, или нуклонами.

Вещество – это качественная сущность материи, т.е. то, из чего состоит физическое тело (твердое, жидкое, газообразное, кристаллическое).

Любое вещество состоит из химических элементов и их соединений. Свойства вещества определяются:

– его элементным и молекулярным составом;

– структурой его молекул;

– термодинамическими и кинетическими условиями, в которых вещество находится в процессе химической реакции;

– уровнем химической организации вещества.

Химический элемент – это определенный вид атомов с одинаковым положительным зарядом ядра.

Известно 107 элементов. В настоящее время продолжаются работы по искусственному получению химических элементов с более высокими порядковыми номерами.

Все элементы делят на металлы и неметаллы (это деление весьма условное). Важной характеристикой элементов является их распространенность в земной коре, т.е. в верхней твердой оболочке Земли, толщина которой принята условно равной 16 км. Распределение элементов в земной коре изучает геохимия – наука о химии Земли. Геохимик А. П. Виноградов составил таблицу среднего химического состава земной коры. Согласно этим данным самым распространенным элементом является кислород – 47,2% массы земной коры, затем следует кремний – 27,6%, алюминий – 8,80%, железо – 5,10%, кальций – 3,6%, натрий – 2,64%, калий – 2,6%, магний – 2,10%, водород – 0,15%.

Химические процессы называют химическими превращениями или химическими реакциями. Химические реакции можно классифицировать:

v по признаку выделения или поглощения теплоты реакции:

Ø экзотермические (реакции, протекающие с выделением теплоты);

Ø эндотермические (реакции, протекающие с поглощением тепла из окружающей среды).

v по признаку обратимости реакции:

Ø обратимые (реакции, которые одновременно протекают в двух взаимно противоположных направлениях);

Ø необратимые (реакции, которые протекают только в одном направлении и завершаются полным превращением исходных реагентов в конечные вещества).

v по признаку степени окисления атомов:

Ø реакции обмена (протекающие без изменения степени окисления атомов);

Ø окислительно-восстановительные (протекающие с изменением степени окисления).

 

Вопросы для самоконтроля:

1. Какие разделы выделяют в современной химии?

2. Каковы основные положения атомно-молекулярного учения М. В. Ломоносова?

3. Какова структура атома?

4. Что такое химический элемент?

5. Каковы основные типы химических реакций?